《数控机床机械保养检查与故障排除》课件单元3.1进给传动系统保养与检查

任务3.1进给传动机构的保养与检查学习目标：1.能识读进给传动部件装配图。2．熟悉典型元件的结构特点。3．知道进给传动结构特点，熟悉保养检查与调整环节。4．知道进给传动部件常见典型故障与排除方法5．能分析并排除简单故障，能对故障处置过程进行描述，对处置结果进行评述6．能对替代元件进行选型7．能对无法排除的故障报修并协助专业维修人员进行维修，能对故障处置过程进行描述，对处置结果进行评述8．具备填写、整理、积累技术资料的能力、语言表达能力9．基本职业素养的培养任务3.1进给传动机构的保养与检查学习内容：1．数控车床、数控铣床典型进给传动部件结构简图2．联轴器的结构及特点3．滚珠丝杠的结构特点及预紧消隙措施4．行程极限及其保护5．数控铣床升降台自动平衡装置及调整6．垂直运动的自锁及其平衡调节7．直线位移检测装置的结构与工作特点、安装维护注意事项8．进给传动链常见典型故障与排除方法9．分析、排除简单故障并对故障处置过程进行描述，对处置结果进行评述10．典型故障实例任务3.1进给传动机构的保养与检查学习活动设计：1.以小组为单位，在综合试验台熟悉数控机床的进给传动系统。2.拆开XD-40有关面罩，观察Z轴进给系统及主轴箱平衡装置。3.查阅工业中心设备维护、维修记录本，了解生产企业设备保养、检查、维修的内容及常见处理方法。4.收集和整理关于直线电机技术及应用的资料，小组形成报告并交流展示。5.教师重点介绍进给传动机构典型元件的工作原理及结构特点。6.利用仿真软件进行练习学习项目三数控机床进给传动系统3.1、进给系统的作用及机械组成

是指将进给电动机的旋转运动变为执行元件运动以实现进给运动的整个机械传动.主要包括:电动机、减速装置、传动装置（丝杆螺母副、齿轮齿条、蜗轮蜗杆）导向元件及其支承部件等。它的传动质量直接关系到机床的加工性能和加工精度.数控车床进给数控铣床进给3.2、数控机床对进给系统机械结构的要求

进给系统的传动精度、灵敏度和稳定性直接影响被加工零件的加工精度。机械结构要求：

1.高刚度:2.低摩擦阻力:3.低惯量:4.宽调速范围

5.无间隙:

1．高刚度进给传动系统的高传动刚度主要取决于丝杆螺母副(直线运动)或蜗轮蜗杆副(回转运动)及其支承部件的刚度。刚度不足与摩擦阻力一起会导致移动部件产生爬行现象，影响传动准确性。数控机床进给伺服系统所驱动的移动部件在低速运行过程中，出现移动部件开始时不能启动，启动后又突然作加速运动，而后又停顿，继而又作加速运动，如此周而复始。这种移动部件一停一跳，一慢一快的运动，称为爬行。缩短传动链合理选择丝杆尺寸对丝杆螺母副及支承部件等预紧提高传动刚度的有效措施措施：2．低摩擦阻力进给传动系统要求运动平稳，定位准确，快速响应特性好必须减小运动件的摩擦阻力和动、静摩擦系数之差。在进给传动系统中现普遍采用滚珠丝杆螺母副

和滚动导轨、贴塑导轨、静压导轨。3．低惯量进给系统由于经常需进行起动、停止、变速或反向，若机械传动装置惯量大，会增大负载并使系统动态性能变差。在满足强度与刚度的前提下，应尽可能减小运动部件的重量以及各传动元件的直径及自重，以提高传动部件对指令的快速响应能力。4．无间隙进给系统的传动间隙一般指反向间隙，是造成进给系统反向死区的主要原因。对传动链的各个环节，包括：联轴器齿轮副、蜗杆副丝杆螺母副支承部件（轴承、导轨。。。）所有传动环节均应采用消除间隙的结构措施1、步进电机伺服进给系统

一般用于经济型数控机床。

2、直流伺服电机伺服进给系统

功率稳定，但因采用电刷，其磨损导致在使用中需进行

更换。一般用于中档数控机床。

3、交流伺服电机伺服进给系统

应用极为普遍，主要用于中高档数控机床。

4、直线电机伺服进给系统

无中间传动链，精度高，进给快，无长度限制；但散热

差，防护要求特别高，主要用于高速机床。

3.3、进给传动系统种类

上一页下一页3.4、进给系统的布置形式伺服电机支承座螺母滚珠丝杆支承座锁紧螺母联轴节1、直连式1、直连式进给电动机联轴器滚珠丝杠丝杠支承座行程开关2、同步带式滚珠丝杠齿形带及带轮丝杠螺母润滑油管伺服电机3、齿轮减速式图3.1－2齿轮减速式进给系统1－丝杆；2－套筒联轴器；3、7－锥销；4－螺母；5－垫圈；

6－支架；8－支承套；9－减速箱；10－电动机结构需要、负载力矩大需要3.5、典型传动结构图联轴器编码器3.5、典型传动结构图X和Y两坐标进给系统机械结构图3.6、进给系统机械部件3.6.1联轴器

联轴器是用来连接两轴或轴与回转件以传递扭矩及运动的一种装置。联轴器一般分为刚性连轴器和弹性连轴器两大类。刚性联轴器对两轴同轴度要求极高，因此弹性联轴器被广泛采用。1、套筒联轴器套筒联轴器a)－键连接b)－销钉连接由联接两轴轴端的套筒和联接套筒与轴的联接件（键或者销钉）所组成。1、套筒联轴器套筒联轴器a)－键连接b)－销钉连接由联接两轴轴端的套筒和联接套筒与轴的联接件（键或者销钉）所组成。紧定螺钉连接销键弹性连轴器弹性连轴器2、弹性连轴器按ESC退出弹性连轴器2、弹性连轴器按ESC退出进给伺服电动机弹性联轴器电动机支座圆柱导轨滚珠丝杠实验滑台进给传动装置弹性连轴器2、弹性连轴器按ESC退出滚珠丝杠按ESC退出膜片式弹性联轴器膜片XD-40数控铣床Z轴进给2－膜片式锥环弹性联轴器

膜片式锥环弹性联轴器

1、8－传动轴；2－压圈；3－联轴套；

4、6－球面垫圈5－柔性片（膜片）；7－锥环；3、胀紧连接套（胀套）胀套的主要用途是代替单键和花键的连接作用，以实现机件与轴的联结，用以传递负荷。依靠摩擦传递转矩无间隙联接Z7型胀紧连接套O型圈密封3.6.2滚珠丝杠螺母副

滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型传动装置.一、工作原理与特点滚珠丝杠螺母副由于在丝杠和螺母之间放入了滚珠，使丝杠与螺母间变为滚动摩擦，因而大大地减小了摩擦阻力，提高了传动效率。1-丝杠2-滚道3-螺母4-滚珠丝杠１和螺母３上均制有圆弧型面的螺旋槽，将它们装在一起便形成了螺旋滚道，滚珠４在其间既自转又循环滚动。2、滚珠丝杠副的优点：（1）摩擦系数小，传动效率高。(η=0.92～0.96,功率消耗相当于常规丝杠螺母副的1/4～1/3)（2）灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度高和定位精度高。（3）磨损小，寿命长，精度保持好。（4）可通过预紧和间隙消除措施来提高轴向刚度和反向精度。（5）运动具有可逆性。缺点：制造工艺复杂、成本高垂直安装不能自锁，需附加制动机构。二、滚珠丝杠副的结构类型滚珠循环方式外循环方式内循环方式螺旋槽式插管式外循环滚珠丝杠副结构紧凑刚性好返回滚道短,损失小反向器加工困难内循环滚珠丝杠副三、滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙.(丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量）保证反向传动精度和轴向刚度------消除轴向间隙和预紧.三、滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整消除间隙的常用方法-------双螺母结构,使两个螺母产生相对轴向位移.双螺母丝杠消除间隙方法有:垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式(1)垫片调隙式(1)垫片调隙式调整垫片厚度消除间隙、产生预紧力结构简单、刚性好调整不方便、不能随时消除间隙和进行预紧(2)螺纹调隙式结构简单、工作可靠调整方便、预紧量不很准确,调整精度较差1限制螺母转动调整锁紧1、7－丝杠螺母2－反向器3－滚珠4－丝杆5－垫片6－圆螺母螺母座(3)齿差调隙式精确调整预紧量调整方便、可靠结构复杂、尺寸大高精度传动中Z1(81)Z2(80)每转一个齿，相对轴向位移量△＝t×（1/z1—1/Z2）四、滚珠丝杠螺母副的预紧力滚珠丝杠螺母副预紧的基本原理是使两个螺母产生轴向位移，以消除他们之间的间隙和施加预紧力。为保证传动精度及刚度，滚珠丝杠螺母副消除传动间隙外，还要求预紧。预紧力的计算公式为：Fv=(1/3)FmaxFmax—轴向最大工作载荷上述消除滚珠丝杠螺母副轴向间隙的方法，都对螺母进行预紧。调整时注意预紧力的大小即可。预紧力过大会使空载力矩增加，磨损加大，从而降低传动效率，缩短使用寿命。五、滚珠丝杠支承方式一端装推力轴承行程小、短丝杠承载能力小调整环节、升降台两端装推力轴承利于提高轴向刚度、丝杠只受拉力对丝杠热变形敏感一端装推力轴承、一端深沟球轴承一端固定、一端可微量轴向浮动适于长丝杠两端装推力轴承及向心球轴承丝杠两端固定、支承刚性好适于中等长度丝杠、重载专用丝杠轴承60°角接触球轴承

能承受很大轴向力，使用极为方便。产品成对出售，在出厂时已经选配好内、外环的厚度，装配调试时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧，就能获得出厂时已经调整好的预紧力。专用丝杠轴承组合轴承重载六、滚珠丝杠螺母副的制动方式如：数控卧式镗床主轴箱上下进给工作时，电磁铁通电，摩擦离合器脱开，主轴箱上下移动；停车时，电机和电磁铁同时断电，压力弹簧作用合上摩擦离合器，丝杠不能转动，主轴箱便不会下落；滚珠丝杠副无自锁作用，为防止执行元件因自重下降，故必须有自锁装置。用具有刹车作用的制动电动机（带抱闸的伺服电机）采用超越离合器在传动链中配置逆转效率低的高速比系列，如齿轮、蜗杆减速器等，此法是靠磨损损失达到制动目的，不经济。其它制动方式还有：七、滚珠丝杠的预拉伸丝杠工作时发热，热膨胀使导程加大，影响定位精度；将丝杠拉伸，补偿热膨胀。预拉伸量应略大于热膨胀量；发热后，热膨胀量抵消了部分预拉伸量，使丝杠拉应力下降，但长度却没有变化。（两端）拧螺母8，拉伸力通过。。。作用到支座上拧紧螺母8，使3顶紧丝杠台阶，压紧9，使4顶紧支座7和静圈5上，定位支座于床身。卸下支座，取出调整套4，把4换上加厚的调整套。加厚量等于预拉伸。再照样装好支座，固定在床身上。八、滚珠丝杠副的标注滚珠丝杠副的标注方法：根据原机械工业部标准JB/T3162.1-1991规定公称直径d例如：P为定位丝杠，T为传动丝杠九、滚珠丝杠副的维护1）支承轴承的定期检查应定期检查丝杠支承座的连接是否有松动以及支承轴承是否损坏等。如有以上问题，要及时紧固松动部位并更换支承轴承。2）滚珠丝杠副的润滑润滑剂可提高丝杠副的耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油及润滑脂两大类。润滑油为一般机油或140号主轴油。润滑脂可采用锂基油脂。润滑脂加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。九、滚珠丝杠副的维护3）滚珠丝杠的防护如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杆副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。十、滚珠丝杠副的常见故障与排除方法滚珠丝杆螺母副的常见故障与排除方法3.6.3齿轮传动副及消隙机械间隙是造成进给系统反向死区的主要原因之一（反向运动丢失脉冲指令）。要求对传动链的各个环节均应采用消除间隙的结构措施。包括：丝杠螺母副齿轮副联轴器支承部件等等齿轮传动装置

的消隙措施

为了尽量减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响，经常在结构上采取措施，以减小或消除齿轮副的空程误差。一。圆柱直齿轮消隙1.偏心套调整法1-齿轮2-偏心套3-齿轮齿轮１装在电动机轴上，转动偏心轴套２可以改变齿轮１和３之间的中心距，从而消除齿侧间隙。齿轮传动装置

的消隙措施2.锥度齿轮调整法将一对齿轮１和２的轮齿沿齿宽方向制成小锥度，使齿厚在齿轮的轴向稍有变化。调整时改变垫片３的厚度就能改变齿轮１和２的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。3.双片薄齿轮错齿调整法图示是双片齿轮周向可调弹簧错齿消隙结构。两个相同齿数的薄片齿轮1和2与另—个宽齿轮啮合，两薄片齿轮可相对回转。在两个薄片齿轮1和2的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳3和8。齿轮1的端面还有另外四个通孔，凸耳可以在其中穿过，弹簧4的两端分别钩在凸耳3和调节螺钉7上。通过螺母5调节弹簧4的拉力，调节完后用螺母6锁紧。弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个薄齿轮的左右齿面分别贴在宽齿轮齿槽的左右齿面上，从而消除了齿侧间隙。

双片薄齿轮错齿调整1、2—薄齿轮3、8—凸耳或短柱4—弹簧5、6—螺母7—螺钉齿轮传动装置

的消隙措施3.双片薄齿轮错齿调整法两片薄齿轮1和2套装一起，每片齿轮各开有两条周向通槽，在齿轮的端面上装有短柱3，用来安装弹簧4。装配时使弹簧4具有足够的拉力，使两个薄齿轮的左右面分别与宽齿轮的左右面贴紧，以消除齿侧间隙。

双片薄齿轮错齿调整1、2—薄齿轮3、8—凸耳或短柱4—弹簧5、6—螺母7—螺钉二．斜齿轮传动消除间隙基本思想斜齿轮传动消除侧隙的方法与直齿圆柱齿轮传动中双片薄齿轮消除间隙的思路相似，也是用两个薄片齿轮和一个宽齿轮啮合，只是通过不同的方法使两个薄片齿轮沿轴向移动合适的距离后，相当于两薄片斜齿圆柱齿轮的螺旋线错开了一定的角度。两个齿轮与宽齿轮啮合时分别负责不同的方向（正向和反向），起到消除侧隙的作用。螺旋线斜齿轮传动消隙措施1.轴向垫片调整法斜齿轮垫片错齿消隙结构。宽齿轮4同时与两个相同薄片齿轮1和2啮合，薄片齿轮由平键和轴联接，互相不能相对回转。斜齿轮1和2的齿形拼装后一起加工，并与键槽保持确定的相对位置。装配时在两薄齿轮之间装入厚度为δ的垫片3，使薄片齿轮1、2的螺旋线产生错位，其左右两齿面分别与宽齿轮4的齿贴紧，消除齿侧间隙。斜齿轮传动消隙措施2.轴向压簧调整法斜齿轮轴向压簧错齿消除间隙结构。该结构消隙原理与轴向垫片调整法相似，所不同的是利用齿轮2右面的弹簧压力使两个薄片齿轮产生相对轴向位移，从而它们的左、右齿面分别与宽齿轮的左右齿面贴紧，以消除齿侧间隙。预载双齿轮齿条消隙机构预载双齿轮齿条消隙机构双齿轮消除间隙原理

1、2、3－轴4、5－直齿轮一、进给传动系统的特点

X、Z两个坐标轴分别由两个伺服电机单独驱动，由数控系统协调运动。进给传动系统能够将伺服电机的旋转运动转化为刀架的直线运动。采用滚珠丝杆螺母传动副及消除间隙结构传动采用滚动直线导轨副3.1.4典型数控车进给传动系统及传动装置二、X轴进给装置简图三、Z轴进给装置简图Z轴进给装置简图3.1.5典型数控铣床进给系统及传动装置1、机床布局2、XK5040A数控铣床传动系统3、齿轮间隙消除机构斜齿轮轴向压簧错齿消隙机构电动机弹簧螺母斜齿轮纵向、横向进给传动中齿轮传动也要消除齿侧间隙带编码器半闭环4、升降台自动平衡装置的工作原理及调整自动平衡装置使升降台上升和下降的力量得以平衡双向多片摩擦离合器双向多片摩擦离合器超越离合器5、升降台制动Z轴选用带抱闸的伺服电机，并且下降时有阻尼。阻尼力量的大小通过螺母8调整6、床身固定数控铣床进给系统总图七、XD-40数控铣床

1、十字滑台简图1、工作台2、X轴直线导轨副3、十字滑台4、Y轴滚珠丝杠副5、单向精密弹性联轴器6、Y轴伺服电机7、X轴滚珠丝杠副8、X轴行程开关

2、丝杠驱动简图

Z轴电机带抱闸剖分垫3、XD-40主轴箱平衡装置3、XD-40主轴箱

平衡装置直线导轨副预加载荷，加强接触刚性和提高承载能力主轴箱平衡？主轴箱采用平衡锤进行平衡，以使其重量不形成弯矩作用于丝杠上，从而保证丝杠的传动精度。3、XD-40主轴箱

平衡装置平衡锤是由两对固定在立柱上的链轮和主轴箱连接起来的，平衡锤中间有导向杆阻止它晃动。平衡锤在立柱的空腔中。链条链轮平衡锤导向杆导向导轨XD-40主轴箱

平衡装置平衡锤导向导轨导向杆链条八、主轴箱部件重量的平衡措施立式和卧式铣床（加工中心）的主轴箱在上下运动时受自身重力的影响，平衡箱体重量常采取如下三种方式。1、重锤平衡方式结构简单重锤重量取被平衡重量的90％加大了主轴箱运动时的驱动惯量2、液压平衡方式主轴箱的重量靠通一定压力油的平衡油缸悬挂。主轴箱下行时，油缸里的油被挤入蓄能器；主轴箱上行时，蓄能器内的压力油补充到油缸中；油缸里的油压始终不能有较大变化。当油压低于设定最低油压时应补压力油，当油压达到设定高压点时，应停止补油。3、伺服电机和止动器组合方式主轴箱直接挂在丝杆上，主轴箱停在某一位置时靠止动器锁住丝杆克服主轴箱的重力。对机械传动链刚度要求高，伺服电机在上下驱动时惯量要求相差较大。为了保证较高的定位精度，一般用全闭环控制系统。3.1.6进给轴的位置检测装置位置检测装置直线型回转型感应同步器光栅磁尺旋转变压器脉冲编码器3.10直线进给轴位置检测装置1．利用编码器进行位移测量由于增量式脉冲编码器每转过一个分辨角，对应一个脉冲信号，因此，根据脉冲的数量、传动比及滚珠丝杠螺距即可得出移动部件的直线位移量。如某带脉冲编码器的伺服电动机与滚珠丝杠直连（传动比1：2），脉冲编码器2000脉冲/转，丝杠螺距6mm，在数控系统位置控制中断时间内计数20000个脉冲，则在该段时间里，工作台移动距离为30mm。2、磁尺（磁栅）长度和角度的测量装置磁尺结构、工作原理及应用利用录磁原理工作磁信号转化为电信号（磁头是磁—电转换的器件）平面实体型磁尺、带状磁尺、线状磁尺、回转型磁尺信号录制测量基准录磁磁头拾磁磁头特点：磁头与磁尺非接触位移，无磨损快速测量，响应频率高，反映灵敏结构紧凑、轻便安装方便，电磁头与磁尺配合允差较大适用于长距离的测量（30m)，大型机床特别适用于如油污,切削屑,震动等恶劣环境性价比高反应的进给速度不高。2、光栅位置检测装置长度和角度的测量装置。光栅是在一块长条形的光学玻璃上或金属镜面上均匀刻上许多与运动方向垂直的线条。线条之间的距离（即栅距）可以根据测量精度确定.1敞开式光栅尺封闭式光栅尺利用光栅将机械位移或模拟量转换为数字脉冲，反馈给数控系统，实现闭环控制。光栅测量在高精度数控机床的伺服系统中，其精度仅次于激光式测量。标尺光栅（长光栅）指示光栅（短光栅）圆光栅测量角位移用于圆形精密转台（1）光栅位置检测装置的结构两块光栅相互平行，并保持一定间隙（通常为0.05mm或0.1mm)读数头是位置信息的检出装置，它与标尺光栅配合可产生莫尔条纹。莫尔条纹被光敏元件接收而给出位移的大小和方向。读数头是位移—光—电变换器（2）光栅位置检测装置的工作原理莫尔条纹的产生：莫尔条纹特征：与光栅纹线近乎垂直、节距W、栅距P放大作用：W≈P/θ即W>>P平均效应：个别栅距误差被平均化信息变换作用：读莫尔条纹数目，不必读刻线数，测W，可以测出P光强分布规律：近